DE102013203603A1 - Exhaust gas treatment system with a solid, ammonia gas generating material - Google Patents
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Abstract
Es ist ein Abgasbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor vorgesehen, das eine Abgasleitung, ein druckbeaufschlagtes Gefäß, eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (”SCR”) und ein Steuermodul aufweist. Der Verbrennungsmotor besitzt eine Mehrzahl von Kolben und einen Motor-Aus-Zustand, der angibt, dass die Kolben allgemein stationär sind. Die Abgasleitung steht in Fluidkommunikation mit dem Verbrennungsmotor und ist derart konfiguriert, ein Abgas von dem Verbrennungsmotor aufzunehmen. Das druckbeaufschlagte Gefäß speichert ein festes, Ammoniakgas erzeugendes Material. Das druckbeaufschlagte Gefäß wird selektiv aktiviert, um das feste, Ammoniakgas erzeugende Material in ein Ammoniakgas zu erhitzen. Das Ammoniakgas wird in die Abgasleitung freigesetzt. Die SCR-Vorrichtung steht in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung und ist derart konfiguriert, das Ammoniakgas aufzunehmen.An exhaust treatment system for an internal combustion engine is provided that includes an exhaust line, a pressurized vessel, a selective catalytic reduction ("SCR") device, and a control module. The internal combustion engine has a plurality of pistons and an engine off condition indicating that the pistons are generally stationary. The exhaust conduit is in fluid communication with the internal combustion engine and is configured to receive exhaust gas from the internal combustion engine. The pressurized vessel stores a solid ammonia gas generating material. The pressurized vessel is selectively activated to heat the solid ammonia gas generating material into an ammonia gas. The ammonia gas is released into the exhaust pipe. The SCR device is in fluid communication with the exhaust line and is configured to receive the ammonia gas.
Description
GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung betreffen Abgasbehandlungssysteme für Verbrennungsmotoren und insbesondere ein Abgasbehandlungssystem mit einem druckbeaufschlagten Gefäß, das selektiv aktiviert wird, um ein festes, Ammoniakgas erzeugendes Material in ein Ammoniakgas zu erwärmen.Exemplary embodiments of the invention relate to exhaust treatment systems for internal combustion engines, and more particularly to an exhaust treatment system having a pressurized vessel that is selectively activated to heat a solid ammonia gas producing material into an ammonia gas.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Das Abgas, das von einem Verbrennungsmotor, insbesondere einem Dieselmotor, ausgestoßen wird, stellt ein heterogenes Gemisch dar, das gasförmige Emissionen, wie Kohlenmonoxid (”CO”), nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe (”HC”) und Stickoxide (”NOx”) wie auch Materialien in kondensierter Phase (Flüssigkeiten und Feststoffe) enthält, die Partikelmaterial (”PM”) bilden. Katalysatorzusammensetzungen, die typischerweise an Katalysatorträgern oder -substraten angeordnet sind, sind in einem Motorabgassystem vorgesehen, um bestimmte oder alle dieser Abgasbestandteile in nicht regulierte Abgaskomponenten umzuwandeln.The exhaust gas expelled from an internal combustion engine, particularly a diesel engine, is a heterogeneous mixture containing gaseous emissions such as carbon monoxide ("CO"), unburned hydrocarbons ("HC"), and nitrogen oxides ("NO x ") also contains condensed phase materials (liquids and solids) that form particulate matter ("PM"). Catalyst compositions, typically disposed on catalyst carriers or substrates, are provided in an engine exhaust system to convert some or all of these exhaust constituents to unregulated exhaust gas components.
Ein Typ von Abgasbehandlungstechnologie zur Reduzierung von CO- und HC-Emissionen ist eine Oxidationskatalysatorvorrichtung (”OC”). Die OC-Vorrichtung umfasst ein Durchströmsubstrat und eine auf das Substrat aufgetragene Katalysatorverbindung. Ein Typ von Abgasbehandlungstechnologie zur Reduzierung von NOx-Emissionen ist eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (”SCR”), die stromabwärts der OC-Vorrichtung positioniert sein kann. Die SCR-Vorrichtung weist ein Substrat auf, das eine auf das Substrat aufgetragene SCR-Katalysatorverbindung besitzt.One type of exhaust treatment technology for reducing CO and HC emissions is an oxidation catalyst device ("OC"). The OC device comprises a flow-through substrate and a catalyst compound applied to the substrate. One type of exhaust treatment technology for reducing NO x emissions is a selective catalytic reduction ("SCR") device that may be positioned downstream of the OC device. The SCR device includes a substrate having an SCR catalyst compound applied to the substrate.
Bei einer Vorgehensweise wird ein Reduktionsmittel typischerweise in heiße Abgase stromaufwärts der SCR-Vorrichtung gesprüht. Das Reduktionsmittel kann eine wässrige Harnstofflösung sein, die sich zu Ammoniak (”NH3”) in den heißen Abgasen zersetzt und von der SCR-Vorrichtung adsorbiert wird. Das Ammoniak reduziert dann das NOx zu Stickstoff in der Anwesenheit des SCR-Katalysators. Jedoch muss die SCR-Vorrichtung auch eine Schwellen- oder Anspringtemperatur erreichen, um NOx effektiv zu reduzieren. Während eines Kaltstarts des Motors hat die SCR-vorrichtung die jeweilige Anspringtemperatur nicht erreicht und kann daher allgemein nicht effektiv NOx von den Abgasen entfernen.In one approach, a reductant is typically sprayed into hot exhaust gases upstream of the SCR device. The reducing agent may be an aqueous urea solution which decomposes into ammonia ("NH 3 ") in the hot exhaust gases and is adsorbed by the SCR device. The ammonia then reduces the NO x to nitrogen in the presence of the SCR catalyst. However, the SCR device must reach a threshold or light-off temperature to reduce NOx effectively. During a cold start of the engine, the SCR device has not reached the respective light-off temperature and therefore can not generally remove effectively NO x from the exhaust gases.
Es können verschiedene Nachteile vorhanden sein, wenn eine wässrige Harnstofflösung in das Abgas gesprüht wird. Beispielsweise können die Tanks, die die wässrige Harnstofflösung speichern, schwer und sperrig sein und daher zu Gewicht und Kosten eines Fahrzeugs beitragen. Auch kann während gewisser Betriebsbedingungen, wie geringen Umgebungstemperaturen, die wässrige Harnstofflösung gefrieren (d. h. unter der Gefriertemperatur der Harnstofflösung, die gewöhnlich bei etwa minus 12°C liegt). Dies hat zur Folge, dass die Harnstofflösung ihre Fähigkeit zum Einspritzen in den Abgasstrom durch eine Einspritzeinrichtung verliert. Somit kann, um die Wirksamkeit der Einspritzeinrichtung aufrechtzuerhalten, die Bereitstellung einer elektrischen Heizung erforderlich werden, um die Harnstofflösung aufzutauen, was ebenso zu Gewicht und Kosten eines Fahrzeugs beiträgt. Demgemäß ist es erwünscht, eine effiziente, kosteneffektive Vorgehensweise zur effektiven Entfernung von NOx von dem Abgas bereitzustellen.There may be several disadvantages when spraying an aqueous urea solution into the exhaust gas. For example, the tanks that store the aqueous urea solution can be heavy and bulky and therefore contribute to the weight and cost of a vehicle. Also, during certain operating conditions, such as low ambient temperatures, the aqueous urea solution can freeze (ie, below the freezing temperature of the urea solution, which is usually about minus 12 ° C). As a result, the urea solution loses its ability to inject into the exhaust stream through an injector. Thus, to maintain the effectiveness of the injector, the provision of electrical heating may be required to thaw the urea solution, which also adds to the weight and cost of a vehicle. Accordingly, it is desirable to provide an efficient, cost effective approach for effectively removing NO x from the exhaust gas.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein Abgasbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor vorgesehen, das eine Abgasleitung, ein druckbeaufschlagtes Gefäß, eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (”SCR”) und ein Steuermodul aufweist. Der Verbrennungsmotor weist eine Mehrzahl von Kolben und einen Motor-Aus-Zustand auf, der angibt, dass die Kolben allgemein stationär sind. Die Abgasleitung steht in Fluidkommunikation mit dem Verbrennungsmotor und ist derart konfiguriert, während des Betriebs ein Abgas von dem Verbrennungsmotor aufzunehmen. Das druckbeaufschlagte Gefäß speichert ein festes, Ammoniakgas erzeugendes Material. Das druckbeaufschlagte Gefäß wird selektiv aktiviert, um das feste, Ammoniakgas erzeugende Material in ein Ammoniakgas zu erhitzen. Das Ammoniakgas wird in die Abgasleitung freigesetzt. Die SCR-Vorrichtung steht in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung und ist derart konfiguriert, das Ammoniakgas aufzunehmen. Die SCR-Vorrichtung besitzt ein SCR-Temperaturprofil und eine SCR-Anspringtemperatur. Das Steuermodul steht in Kommunikation mit dem Verbrennungsmotor und dem druckbeaufschlagten Gefäß. Das Steuermodul empfängt ein Signal, das den Motor-Aus-Zustand angibt. Das Steuermodul weist einen Speicher zum Speichern eines Wertes auf, der eine Zielmenge des Ammoniakgases angibt, die in die Abgasleitung durch das druckbeaufschlagte Gefäß freigesetzt und an die SCR-Vorrichtung geladen wird. Das Steuermodul weist eine Steuerlogik zur Bestimmung auf Grundlage des Signals auf, ob der Verbrennungsmotor sich in dem Motor-Aus-Zustand befindet. Das Steuermodul weist eine Steuerlogik zur Bestimmung des SCR-Temperaturprofils auf. Das Steuermodul weist eine Steuerlogik zur Bestimmung auf, ob das SCR-Temperaturprofil unterhalb eines Schwellenwertes liegt, wenn sich der Verbrennungsmotor in dem Motor-Aus-Zustand befindet. Der Schwellenwert gibt an, dass sich die SCR-Vorrichtung eine festgelegte Größe unterhalb der SCR-Anspringtemperatur befindet. Das Steuermodul weist eine Steuerlogik zur Bestimmung auf, ob das druckbeaufschlagte Gefäß die Zielmenge des Ammoniakgases in die Abgasleitung freigesetzt hat, wenn das SCR-Temperaturprofil unterhalb des Schwellenwertes liegt. Das Steuermodul weist eine Steuerlogik zum Deaktivieren des druckbeaufschlagten Gefäßes auf, falls das druckbeaufschlagte Gefäß die Zielmenge des Ammoniakgases freigesetzt hat.In an exemplary embodiment of the invention, an exhaust treatment system for an internal combustion engine is provided that includes an exhaust conduit, a pressurized vessel, a selective catalytic reduction ("SCR") device, and a control module. The internal combustion engine has a plurality of pistons and an engine-off condition indicating that the pistons are generally stationary. The exhaust conduit is in fluid communication with the internal combustion engine and is configured to receive an exhaust gas from the internal combustion engine during operation. The pressurized vessel stores a solid, ammonia gas generating material. The pressurized vessel is selectively activated to heat the solid ammonia gas generating material into an ammonia gas. The ammonia gas is released into the exhaust pipe. The SCR device is in fluid communication with the exhaust conduit and is configured to receive the ammonia gas. The SCR device has an SCR temperature profile and an SCR light-off temperature. The control module is in communication with the engine and the pressurized vessel. The control module receives a signal indicative of the engine off condition. The control module has a memory for storing a value indicative of a target amount of the ammonia gas released into the exhaust passage through the pressurized vessel and charged to the SCR device. The control module includes control logic for determining whether the engine is in the engine-off state based on the signal. The control module has control logic for determining the SCR temperature profile. The control module includes control logic for determining if the SCR temperature profile is below a threshold when the engine is in the engine-off state. The threshold indicates that the SCR Device is a specified size below the SCR light-off temperature. The control module includes control logic for determining if the pressurized vessel has released the target amount of ammonia gas into the exhaust passage when the SCR temperature profile is below the threshold. The control module has control logic for deactivating the pressurized vessel if the pressurized vessel has released the target amount of ammonia gas.
Die obigen Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich.The above features and advantages and other features and advantages of the invention will be readily apparent from the following detailed description of the invention when taken in conjunction with the accompanying drawings.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Andere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten werden in der folgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen nur beispielhaft offensichtlich, wobei die detaillierte Beschreibung Bezug auf die Zeichnungen nimmt, in welchen:Other features, advantages and details will become apparent in the following detailed description of embodiments only by way of example, the detailed description of which refers to the drawings, in which:
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und ist nicht dazu bestimmt, die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Gebräuche zu beschränken. Es ist zu verstehen, dass überall in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale angeben. Der hier verwendete Begriff Modul betrifft eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.The following description is merely exemplary in nature and is not intended to limit the present disclosure, its application, or uses. It should be understood that throughout the drawings, corresponding reference numerals indicate like or corresponding parts and features. The term module as used herein refers to an application specific integrated circuit (ASIC), an electronic circuit, a processor (shared, dedicated or group) and memory that executes one or more software or firmware programs, a combinational logic circuit and / or other suitable components that provide the described functionality.
Mit Bezug nun auf
Das Abgasbehandlungssystem
In
Die OC-Vorrichtung
Bei der Ausführungsform, wie gezeigt ist, ist die EHC-Vorrichtung
Die SCR-Vorrichtung
Bei dem Beispiel, wie in
Das Druckgefäß
Die PF-Vorrichtung
Ein Steuermodul
Das Steuermodul
Das Steuermodul
In dem Fall, dass das Steuermodul
Das Steuermodul
Das Steuermodul
Das Steuermodul
Das Steuermodul
Die SCR-Vorrichtung
Die SCR-Vorrichtung
Die EHC-Vorrichtung
Überdies ist der Kohlenwasserstoffadsorber
Nun wird ein Verfahren zum Betrieb des Abgasbehandlungssystems
Bei Schritt
Bei Schritt
Bei Schritt
Bei Schritt
Obgleich die Erfindung anhand beispielhafter Ausführungsformen beschrieben worden ist, werden Fachleute auf dem Gebiet verstehen, dass verschiedene Änderungen vorgenommen und Äquivalente für Elemente davon eingesetzt werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich können viele Modifikationen durchgeführt werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von dem wesentlichen Schutzumfang davon abzuweichen. Daher ist es beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die bestimmten Ausführungsformen, die offenbart sind, beschränkt ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen umschließt, die in den Schutzumfang der Anmeldung fallen.Although the invention has been described by way of exemplary embodiments, it will be understood by those skilled in the art that various changes may be made and equivalents may be substituted for elements thereof without departing from the scope of the invention. In addition, many modifications may be made to adapt a particular situation or material to the teachings of the invention without departing from the essential scope thereof. Therefore, it is intended that the invention not be limited to the particular embodiments disclosed, but that the invention encompass all embodiments falling within the scope of the application.
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